Em um estudo publicado em Nature Chemical Engineeringpesquisadores da EPFL desenvolveram um método escalável para produzir membranas de grafeno porosas que separam eficientemente o dióxido de carbono.
O desenvolvimento pode reduzir significativamente o custo e a pegada das tecnologias de captura de carbono.
A captura de CO₂ das emissões industriais é essencial para abordar as mudanças climáticas. No entanto, métodos atuais, como absorção química, são caros e intensivos em energia. O grafeno, um materials fino e ultra-forte, tem sido considerado uma alternativa potencial para a separação de gás. No entanto, a produção de membranas de grafeno grandes e eficientes tem sido um desafio.
Liderados pelo professor Kumar Agrawal da cadeira de Gaznat em separações avançadas, os pesquisadores da EPFL desenvolveram uma abordagem escalável para criar membranas de grafeno porosas que filtram seletivamente as misturas de gás. Esse método reduz os custos de produção ao melhorar da qualidade e desempenho da membrana, o que pode facilitar as aplicações do mundo actual na captura de carbono e em outras áreas.
As membranas de grafeno podem ser projetadas com poros específicos que permitem que o CO₂ passe enquanto bloqueia moléculas maiores como nitrogênio, tornando -as ideais para a separação de gás. Essas propriedades os tornam adequados para capturar emissões de CO₂ de usinas de energia e processos industriais. No entanto, a produção dessas membranas em escala tem sido difícil e cara.
A maioria das técnicas existentes usa folhas de cobre caras para produzir grafeno de alta qualidade, e o manuseio delicado geralmente resulta em fraturas que comprometem o desempenho da membrana. O desafio tem sido desenvolver um método econômico e consistente para produzir membranas de grafeno grandes e de alta qualidade.
A equipe da EPFL enfrentou esses desafios desenvolvendo um método para cultivar grafeno de alta qualidade em folhas de cobre de baixo custo, reduzindo significativamente os custos de materials. Eles também refinaram um processo químico usando ozônio (O₃) para gravar poros microscópicos no grafeno, permitindo filtração altamente seletiva de CO₂.
Os pesquisadores aumentaram a interação entre o gás e o grafeno, resultando em desenvolvimento uniforme de poros em grandes áreas. Este é um passo essential para tornar a tecnologia comercialmente escalável.
Para abordar a questão da fragilidade da membrana, a equipe também desenvolveu um método de transferência exclusivo. Em vez de flutuar a delicada folha de grafeno em um suporte, o que geralmente leva a rachaduras, eles empregaram uma técnica de transferência direta no módulo de membrana. Essa abordagem elimina os desafios de lidar e reduz as taxas de falha a quase zero.
Usando esse novo método, os pesquisadores criaram com sucesso 50 cm² de membranas de grafeno com integridade quase perfeita, superando as limitações anteriores. Essas membranas demonstraram forte permeabilidade de gás e seletividade de CO₂, permitindo efetivamente que o CO₂ passasse enquanto bloqueia outros gases.
A otimização do processo de oxidação aumentou a densidade dos poros seletivos de co₂, melhorando ainda mais o desempenho da membrana. Os modelos computacionais confirmaram que o aumento do fluxo de gás sobre a membrana foi essencial para alcançar esses resultados.
Esse desenvolvimento tem o potencial de impactar significativamente a tecnologia de captura de carbono. Os métodos tradicionais de captura de CO₂ dependem de processos químicos intensivos em energia, tornando-os difíceis e caros para uso generalizado. Por outro lado, as membranas de grafeno não requerem entrada de calor e operam através de filtração simples orientada por pressão, oferecendo uma economia substancial de energia.
Além da captura de carbono, essa tecnologia pode ser aplicada para separar outros gases, como hidrogênio e oxigênio. Com sua técnica de fabricação escalável e componentes de baixo custo, esse avanço aproxima as membranas de grafeno da viabilidade comercial.
Gaznat, o Escritório Federal de Energia Suíça, Bridge (prova de conceito) e o cantão de Valais financiaram o estudo.
Referência do diário:
Hao, J. et al. (2025) Síntese escalável de CO2-Membranas de grafeno porosas porosas seletivas. Nature Chemical Engineering. doi.org/10.1038/s44286-025-00203-z